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PF 可降低 APAP 小鼠血清中的 ALP、γ-GT、AST、TBIL 和 ALT 水平,并显著减轻肝组织炎症和水肿。同时,TUNEL 染色结果和相关凋亡因子与转录组学结果相一致,表明 PF 通过调控 MAPK 信号抑制肝细胞凋亡。此外,PF 还作用于活性氧 (ROS),调节氧化应激,修复受损的线粒体。更重要的是,透射电子显微镜显示 PF 处理后自噬小体的生成,PF 还下调了 mTOR 并上调了ATG5、ATG7和BECN1等自噬标志物的表达在mRNA水平上,在蛋白质水平上,对LC3、p62、ATG5、ATG7进行了检测,提示PF发挥作用的过程伴随着自噬的发生。此外,结合MAPK的分子动力学模拟和Western印迹,结果提示p38是PF对APAP的直接作用靶点。具体来说,PF通过下调MAPK/mTOR信号来激活自噬,从而减轻APAP损伤。芍药苷通过激活自噬来抑制氧化应激和细胞凋亡,从而减轻肝损伤,该过程通过MAPK/mTOR信号通路实现。总之,我们的研究结果阐明了芍药苷在DILI中的作用和机制,有望为芍药苷的开发提供新的治疗策略。
参与氧化应激反应的一些关键信号分子是ROS和抗氧化剂化合物。在APAP诱导的肝损伤中,ROS的过度积累会破坏细胞稳态,进一步引发氧化应激和线粒体功能障碍。为了阐明PF治疗对氧化状态的影响,首先评估了氧化相关指标的水平,例如GSH,SOD和MDA。与对照组相比,用APAP处理的SOD和GSH含量显著降低,而不同浓度的PF可恢复APAP小鼠的抗氧化能力,尤其是在200mg / kg时(图 2A、B)。与 GSH 和 SOD 的作用相反,MDA 水平的变化是机体氧化能力的反应。对于 MDA,不同剂量的 PF 可减轻 APAP 组中出现的明显增加和氧化作用的发生(图 2C)。这些指标表明 PF 可缓解 APAP 模型中氧化应激的发生。同时观察并测定ROS的表达情况,采用免疫荧光法检测(图 2E)。ROS的免疫荧光显示,MPF和HPF组的ROS荧光表达明显低于APAP组,提示PF高、中剂量组显著抑制肝细胞ROS的表达(p 0.01)(图 2D)。此外,APAP在细胞色素P450酶CYP2E1和CYP3A4的代谢产物NAPQI在积累过程中诱导大量细胞死亡和线粒体功能障碍,进而导致损伤,这意味着在APAP过量损伤过程中可以看到细胞色素P450酶表达增加。实验也观察到了类似的结果。IHC显示APAP组CYP2E1的阳性表达水平高于对照组和PF组(图2 I)。相比之下,APAP组CYP2E1的反应以加剧为主。然而,与APAP组 相比,给予100和200 mg / kg剂量的PF明显逆转了APAP刺激的氧化应激(图 2 H)。同时,通过蛋白质印迹检测到CYP3A4的表达。注射APAP后CYP3A4的表达增加,而200 mg / kg剂量的PF显著逆转了这种影响(图 2G)透射电镜观察发现APAP组线粒体结构模糊,脊线不清,基质电子密度增加,粗面内质网扩张。高剂量PF处理后,线粒体结构完整,基质均匀,在电镜下呈现均匀的灰色结构,粗面内质网形态结构恢复(图2J )。这说明PF能抑制ROS的生成,提高细胞色素P450酶活性,增强小鼠对抗APAP损伤的抗氧化能力。
随着ROS积累引起线粒体外膜通透性改变,Bcl-2蛋白家族释放促/抗凋亡因子调控细胞凋亡过程,进而激活caspase 9,进一步释放caspase 3,引发细胞凋亡。TUNEL染色可以直观地反映细胞凋亡的发生情况,如图 3A所示。与对照组相比,APAP组肝损伤区域聚集了大量的凋亡阳性因子。与APAP组相比,治疗组凋亡阳性表达率明显降低,提示PF可以改善APAP诱导的肝损伤中细胞凋亡的发生(图 3D)为进一步证实PF治疗肝损伤中凋亡的作用,采用IHC检测凋亡特征因子的阳性表达。阳性表达集中于肝门管区,APAP刺激的小鼠肝脏中caspase 3表达更重,提示肝损伤过程伴随有细胞凋亡。caspase 9表达在对照组中呈低水平,在APAP组呈高表达。PF预处理可减弱促凋亡蛋白(caspase 9和caspase 3)的阳性表达,在200mg/kg剂量下效果最佳(图3B 、 C)。
用Western印迹法检测促/抗凋亡蛋白(BAD、BAX、caspase 9、caspase 3、BCL-2)的相对表达(图 3E、F)。BAD、BAX、caspase 9的相对蛋白表达相似,均显示APAP处理后其表达升高,而PF处理后其相对表达明显降低(图 3G、I、K)。caspase 3是凋亡最敏感的指标,不同剂量的PF均能有效抑制APAP引起的表达升高(图 3L)。虽然BCL-2的结果在对照组和APAP组之间没有差异,但 与对照组相比, APAP组的BCL-2/BAX比值明显下降,而在HPF组则明显升高(图 3H、J)。这一结果表明PF通过促进抗凋亡蛋白的活性,终止促凋亡蛋白的表达,发挥抗凋亡作用。
相关研究认为,自噬选择性地清除受损的线粒体和NAPQI-蛋白质加合物,从而阻断APAP引起的肝损伤进展。利用透射电镜观察肝组织中自噬体的数量和细胞器的结构(图 4A)与其他组相比,APAP组肝细胞内粗面内质网广泛肿胀,仅见少量自噬体,同时可见肝细胞凋亡、核皱缩、染色质浓缩等现象。相对而言,PF组肝细胞自噬体数量明显增加,肝细胞形态结构完整,染色质分布均匀。LC3作为自噬过程的下游表现分子,代表自噬从I型向II型的转变,标志着自噬的开始。此外,p62作为自噬的枢轴,与自噬及线粒体自噬的调控密切相关。因此,采用IHC和WB观察自噬调控相关蛋白(LC3和p62)的变化(图 4B、C)。IHC结果显示,PF可增加LC3的阳性表达,对自噬有促进作用(图 4D)。另一方面,APAP组p62的表达显著增加,而PF处理可减轻这种表达(图 4E)。与IHC相似,WB结果显示MPF和HPF组p62的表达明显抑制。对于LC3,APAP可明显降低II型与I型的比例,而PF可有效减缓这一过程(图 4F、G)。
目前研究结果表明,PF 改善 APAP 诱导的 DILI 与激活自噬、抑制氧化应激和细胞凋亡密切相关,但 PF 调控这些表型作用的机制尚不清楚。因此,对小鼠肝脏样本进行了测序,以进一步了解 PF 对抗 APAP 所致肝损伤的潜在机制。与对照组不同,APAP组有2444个基因上调,1552个基因下调。HPF组和APAP组之间共有508个不同的基因,其中443个基因下调,65个基因上调(图 6A、B)。基因集富集分析(GSEA)显示,PF对MAPK信号通路、mTOR信号通路、细胞凋亡、谷胱甘肽代谢等多个信号和生理过程发挥调控作用。此外,结合GO分析和KEGG富集的结果,MAPK通路得分较高,在三组差异基因分析中表现同步(图 6C–F)。因此,转录组学分析结果提示,MAPK信号通路在PF对抗APAP药物性肝损伤的活性中起着关键作用,进而调控mTOR信号,激活自噬,抑制氧化应激和细胞凋亡。
根据转录组学结果,对 MAPK 信号在 DILI 发展和 PF 治疗中的重要性很感兴趣。为了进一步研究 PF 对 MAPK 信号传导的作用,进行了分子对接分析。p38-PF 复合物表现出很强的结合能力,结合能为 -32.50 ± 0.71 kJ/mol,而 ERK-PF 复合物的结合能为 -21.65 ± 0.98 kJ/mol,这表明p38 可能是 PF 的潜在靶点。PF 分别通过一个氢键与 MET265、LEU291 和 LEU246 残基结合,而 LYS295 通过两个氢键与 PF 连接。此外,GLY240 通过一个碳氢键与 PF 结合(图 7A)。随后,通过分子动力学模拟探究PF与p38的结合能力。均方根偏差(RMSD)结果显示,蛋白-配体复合物在20 ns后达到平衡,表明整个模拟稳定可靠(图 7 B)。溶剂可及表面积(SASA)和回转半径(Rg)均反映了模拟过程中复合物蛋白质结构的紧密程度,结果表明两个变量均呈下降趋势,表明蛋白质结构的紧密程度有所提高,p38-PF复合物结合良好(图 7 C,D)。p38-PF复合物的蛋白质均方根波动(RMSF)小于0.35 nm,表明蛋白质-配体结合稳定(图 7E)。此外,氢键分析表明p38与PF之间平均氢键数分布为0.51(图 7 F)。总结合自由能为−79.263kJ/mol,表明p38-PF复合物具有很好的稳定性,主要相互作用是由范德华力和静电能决定的。这些结果提示,在MAPK信号级联中,PF可能靶向p38而不是ERK,并且PF与p38之间的结合是稳定的。
此外,mRNA表达结果与转录组分析结果一致。PF(200mg/kg)显著下调MAPK1、MAPK14和mTOR的相对表达(图 8A -C)。Western印迹结果显示,过量注射APAP后,p38和ERK蛋白的磷酸化被显著激活,而MPF和HPF能有效抑制这种变化(图 8E、F)。然而,对于mTOR的磷酸化,仅在200mg/kg PF浓度下才显示出抑制作用(图 8H)。这表明PF作用于MAPK信号,进而调节mTOR的磷酸化。此外,ULK1的磷酸化受APAP刺激抑制,而PF明显逆转了这种作用,恢复了ULK1的磷酸化,进一步激活了下游的自噬蛋白(图 8G,I)。简而言之,结果表明PF通过阻断MAPK / mTOR信号来启动自噬,从而保护肝细胞。